JPH0328599B2 - - Google Patents

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JPH0328599B2
JPH0328599B2 JP59000291A JP29184A JPH0328599B2 JP H0328599 B2 JPH0328599 B2 JP H0328599B2 JP 59000291 A JP59000291 A JP 59000291A JP 29184 A JP29184 A JP 29184A JP H0328599 B2 JPH0328599 B2 JP H0328599B2
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JP
Japan
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pump
pressure
speed
motor
loop control
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JP59000291A
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Koichi Sato
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Hitachi Ltd
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  • Control Of Non-Positive-Displacement Pumps (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、ポンプの吐出し側圧力を一定に保つ
て動作する給液システムに係り、特に、ポンプ始
動時での圧力変動を少く抑えることができるよう
にした給液システムの制御装置に関する。
〔従来の技術〕
水道システムなどのポンプを用いた給液システ
ムでは、需要端での給水圧力が常に一定に保たれ
るのが望ましい。
しかしながら、これは実用上極めて困難なた
め、給水端、例えばポンプの吐出し部での圧力を
一定に保つような制御が行なわれており、このた
め、ポンプを可変速度制御し、流量が変化しても
常に吐出し圧力が一定に保たれるようにした制御
装置が従来から使用されているが、第1図にこの
ような給水システムの一例を示す。
この第1図において、1は受水槽、2は吸込
管、3,7は仕切弁、4はポンプ、5はモータ
ー、6は逆止め弁、8は圧力センサ、9は給水
管、10は制御装置、11は圧力タンクである。
ポンプ4はうず巻型、タービン型などのポンプ
で、三相誘導電動機などのモーター5によつて回
転駆動され、受水槽1から吸込管2、仕切弁3を
介して吸込んだ水を逆止め弁6、仕切弁7を介し
て給水管9に送り込む働きをする。
圧力センサ8はポンプ4の吐出し側に接続され
ている給水管9に連動され、ポンプ4の吐出し側
の圧力を検出し、それに応じた信号を制御装置1
0に入力する働きをする。
制御装置10はモーター5に可変周波数の交流
電力を供給するための電力用インバータ装置と、
マイコン(マイクロコンピユータ)からなる制御
回路とを含み、厚力センサ8から取込んだポンプ
4の吐出し圧力を表わす信号に応じてモーター5
に供給すべき交流電力の周波数や電圧を制御し、
ポンプ4の吐出し圧力に応じてモーター5の回転
速度を変え、ポンプ4の吐出し圧力が所定の目標
値に収斂するような閉ループ制御を行なう。
なお、仕切弁3と7は、保守、点検などに際し
て必要なもので、逆止め弁6はポンプ4が停止し
たときなどでの水の逆流防止用である。また、圧
力タンク11は空気タンクなどとも呼ばれ、ポン
プ4が停止しているときにも給水管9内の水圧が
所定値に保たれるようにしたり、急激な給水量変
化時などでの圧力変動を低減させたりする働きを
するものである。
次に、第2図は、この第1図に示したシステム
におけるポンプの運転特性を表わしたもので、ポ
ンプ4の回転速度(つまりモーター5の回転速
度)Nをパラメータとし、横軸に給水量Qを、そ
して軸に吐出し圧力Hをそれぞれ取つてあり、こ
の図において、曲線Aはポンプ4の回転速度Nが
最高速度NA(NMAX)のときのQ−H特性を示し、
以下、同様に曲線B,C,D,Eはそれぞれポン
プ4の回転速度NがNB,NC,ND,NEのときの
Q−H特性を示している。また、HOはポンプ4
の吐出し目標圧力を示し、このシステムでの全揚
程に相当する。さらに、点イ,ロ,ハ,ニ,ホは
それぞれ目標圧力HOとQ−H特性曲線A〜Eと
の交点を表わし、これらの点イ〜ホにおける給水
量はそれぞれQA,QB,QC,QD,QEとなつてい
る。
そこで、いま、需要水量(給水量)がQAにな
つていたとすれば、上記した閉ループ制御の結
果、ポンプ4は特性曲線Aにしたがつた運転状態
となるようにされ、水量QAのもとで目標圧力HO
が保たれるように運転されている。
次に、この状態にあるとき、需要水量がQA
ら減少し、QA→QB→……→QEと変化していつた
とする。そうすると、これに応じて特性曲線がA
のままでは給水圧力Hが目標値HOから上昇して
しまうから、これを圧力センサ8の信号によつて
知つた制御装置10はモーター5に供給している
交流電力の周波数を下げ、ポンプ4の回転速度を
NAからNBそしてNB→NC→ND→NEに低下させ、
特性曲線をAからEに移し、減少した新たな給水
量QEのもとで目標圧力HOが保たれるようにする。
一方、水量が例えばQEから増加したときには、
上記と反対にポンプ4の回転速度NをNEから増
加させ、同じく目標圧力HOが保たれるようにす
るのである。
従つて、この第1図に示したシステムによれ
ば、ポンプ4による給水量が変化しても常にその
吐出し圧力を目標値HOに保ような閉ループ制御
が行なわれ、ほぼ一定の圧力で給水を行なうこと
ができる。
ところで、このようなシステムにおいては、需
要水量Qが零になり、かつ、このときの給水管圧
力Hが目標値HOを所定値だけ超えた状態になる
とポンプの運転は停止され、次に水量Qが有限の
値になり、圧力Hが目標値HOを所定値だけ下ま
わるまでポンプは停止されたままに保たれ、従つ
て、このようなシステムでは、モーターの起動が
ひんぱんに繰り返される場合がある。
一方、このようなシステムでは、起動時でのモ
ーターの回転速度の立ち上り、つまり起動応答性
を高めるためには、制御装置内のインバータ装置
の容量を大きくしなければならず、大きなコスト
アツプを伴ない易い。
そこで、このようなシステムでは、一般に、モ
ーターの起動応答性には目をつぶり、主としてコ
ストの面からインバータ装置の出力容量が決めら
れており、このため起動時に得られるモーターの
回転速度の立ち上がりは比較的ゆるやかなものと
なつている。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかして、この結果、従来のこのような給液シ
ステムでは、ポンプ(モーター)の起動時毎に給
水圧力に大きなオーバーシユートを生じ、給水系
に大きな圧力変動をひんぱんに与えてしまうとい
う欠点があつた。
これを第3図によつて説明する。
ポンプ4が停止された状態にあるとき、いま、
第3図のイ点でポンプの運転開始が指令され、こ
れにより制御装置10内のインバータ装置には指
令速度NINという速度指令N*が入力されたとす
る。
そうすると、これによりモーター5が回転を開
始するが、その回転速度Nはイ″点から徐々に立
ち上がつてゆき、直ちに指令速度NINにはならな
いため、圧力Hは目標圧力HOより低下してしま
い、これにより制御装置10は指令速度N*をさ
らに上げ、遂には最大速度NMAXを指令する。
この間にポンプ4の回転速度Nが上昇してゆ
き、第3図のロ点でN′という速度に達し、水圧
Hは目標値HOに回復する。
しかしながら、このときでも、指令速度N*は
依然として最高速度NMAXになつているため、ポ
ンプ4の回転速度Nはさらにハ点にまで増加し、
圧力Hに大きなオーバーシユートを生じてしまう
のである。
本発明の目的は、上記した従来技術の欠点を除
き、ポンプ起動時での応答性が低くても給水圧力
にオーバーシユートを生ずる虞れがなく、安定し
た給水を行なうことができるようにした給液シス
テムを提供するにある。
〔課題を解決するための手段〕
この目的を達成するため、本発明は、ポンプの
起動に際して、ポンプが回転を開始してその運転
条件が所定の状態になるまでは、ポンプの吐出し
圧力を目標値に収斂させるための閉ループ制御系
の機能を停止させ、閉ループ制御のもとでポンプ
を運転するようにした点を特徴とする。
〔作用〕
ポンプ起動時に給水圧力がオーバーシユートす
るのは、コストの点から必要な応答性を与えない
まま閉ループ制御を適用しているからであり、従
つて、ポンプ起動時には閉ループ制御のもとでポ
ンプを運転させることによりオーバーシユートを
抑え、安定した給水を行なうことができる。
〔実施例〕
以下、本発明による給液システム制御装置を、
図示の実施例によつて詳細に説明する。
第4図は本発明の一実施例で、この第4図にお
いて、R,S,Tは電源、MCBは配線用しや断
器、MCaは電磁接触器MCの接点、49はモータ
ー5の過負荷保護のためのサーマルリレー、
INVはインバータである(なお、モーターを可
変速駆動する手段としては、可変周波数出力が可
能な電力変換装置なら、どのような手段を用いて
もよいことは自明のことであるが、この実施例で
は、これらを代表するものとしてインバータを使
用しているのである。)。
次に、μconはマイクロコンピユータであり、
中央演算処理装置cpu、メモリM、電源端子E、
入出力ポートPIA−1,PIA−2、PIA−3、
PIA−4から成る。
マイクロコンピユータμconは、その周辺装置
としてインターフエースF1,F2,F3,F4と、操
作回路Yとを備えている。
そして、この操作回路YのスイツチSSを閉じ
ると、電力がトランスT、安定化電源Zを介して
マイクロコンピユータμconの電源端子Eに送ら
れ、運転準備が完了し、制御動作が開始されるの
である。即ち、圧力センサー8が検出した信号
は、インターフエースF1を介して入出力ポート
PIA−1より読込まれ、メモリMの指定番地に記
憶される。又、可変速ポンプモーターの運転速度
指令信号は入出力ポートPIA−2からインターフ
エースF2を介してインバータINVの図示してい
ない入力端子へ送られ、需要水量の変動に応じて
所要の運転速度が指令される。さらに、電磁接触
器MCの制御を行なう信号は入出力ポートPIA−
3からインターフエースF3を介して出力される。
たとえば、このポートPIA−3からインターフエ
ースF3の接点XaをONさせる信号を出力させる
と電磁接触器MCのコイルが付勢される。
このようにして、ポンプ4及びモーター5は需
要水量の変化に応じ、運転速度を変えながら吐出
し圧力をHOに保つて運転を続ける。
次に、第5図は、この実施例におけるポンプ4
の運転特性図であり、第2図と同一符号で示すも
のは同じものであるから説明を省く。
この図において、曲線Aはポンプの運転速度が
最高速度NMAXの時のQ−H特性を、同様に曲線
Dは最低速度NMINの時のQ−H特性、そして曲
線Cは始動時の速度NINの時のQ−H特性をそれ
ぞれ示す。なお、H1は目標圧力HOより若干高い
始動指令圧力を表わす。
次に、この実施例の動作を第6図のフローチヤ
ートによつて、さらに詳細に説明する。なお、こ
の動作はマイクロコンピユータμconメモリM内
に設けられているROMに予じめ記憶してあるプ
ログラムによつて決められるものであることは、
周知のとおりである。
さて、この第6図の処理が開始されると、ま
ず、ステツプでは動作に必要な各種の初期値の
設定を以下のように行なう。
メモリM0……ポンプモーターの最低速度NMIN
データをストア。
メモリM1……ポンプモーターの始動時の初期速
度NINのデータをストア。
メモリM2……ポンプモーターの最高速度NMAX
データをストア。
メモリM3……ポンプモーターの運転指令速度NX
のデータをストア。
: : : : メモリM6……目標圧力HOのデータをストア。
メモリM7……再始動時圧力H1のデータをスト
ア。
メモリM8……電磁接触器MCONとデータをスト
ア。
なお、上記メモリM0〜M8はマイクロコンピユ
ータμcon内のメモリMの中に設定したメモリ領
域を指す。
これら初期値の設定を終わつたら、次にステツ
プに進み、圧力センサ8によつて検出されてい
る給水管9の圧力を表わすデータをインターフエ
ースF1を介して入出力ポートPIA−1から読込
み、これをAレジスタにロード(AccA)し、続
くステツプでは、再始動圧力H1を表わすデー
タをメモリM7からBレジスタにロード(AccB)
し、その後、ステツプでこれらのデータを比較
する。
こうして比較した結果、給水管9内の圧力が再
始動圧力H1より高い場合にはH1以下に達するま
で前記ステツプ〜の命令を繰返し実行する。
一方、ステツプでの判定の結果、給水管9内
の圧力が再始動圧力H1以下に低下している場合
にはステツプとの処理を実行し、ここで電磁
接触器MCの動作信号を入出力ポートPIA−3か
らインターフエースF3を介して出力し、続いて
ステツプ、でモーター5の速度指令信号とし
て、初期速度NINデータを入出力ポートPIA−2
からインターフエースF2を介して、インバータ
INVの入力端子へ出力する。
この結果、ここでモーター5が始動し、ポンプ
4は運転を始める。
しかして、インバータINVは、始動指令を受
けてからその出力が指令された初期速度NINに立
ち上がつてくるまでには、負荷の状態にもよる
が、大体数秒を要する。そして、このため、上記
従来例では、既に説明したオーバーシユートによ
る問題を生じていたのであるが、本発明の実施例
ではステツプの待機時間処理が設けられてお
り、ここでインバータINVが始動指令を受けて
指令された初期速度に立ち上がつてくるのに必要
な時間tだけ待機させるようになつている。
なお、以下の説明では、ステツプ数を表わす丸
付き数字の11以上については、括弧付き数字で表
わす。
このようにして待機時間tが経過し、ポンプ4
とモーター5の運転速度が指令された速度に達し
たら、続くステツプ〜(12)で給水管9内の圧
力と目標圧力H0とを比較する。比較した結果、
これらが一致するまでは次のいずれかの処理を行
なう。すなわち、給水管9内の圧力が目標圧力
H0より小さい場合にはステツプ17で増速処理
を行ない、給水管9内の圧力が目標圧力H0より
大きい場合にはステツプ(13)で減速処理を行な
う。
こうして、両方の比較値が等しくなつたら始め
て変速しないでそのままステツプ(18)へ進む。
なお、需要水量の減少に伴なつて原則され、最低
速度NMINに達したときには、ステツプ(15)で
ポンプ4とモーター5を停止させる信号を発生さ
せ、これによりポンプ4とモーター5を停止さ
せ、このあとステツプに戻り、以下、これ以降
の処理を再び繰返し実行する。
そして、ステツプ(18)に進んだら、ここで
Δt秒だけの待ち時間を実行し、このあとステツ
プに戻り、これ以降の処理を再度実行するので
ある。
従つて、この第6図のフローチヤートに示した
処理が実行されると、このときの給液システムの
動作は第7図のようになり、ステツプで設けら
れた待機時間tの期間中は、ステツプ以降の処
理によつて与えられる目標圧力H0に対する開ル
ープ制御には入らないようにされ、この間は指令
速度NINのままに保たれる、閉ループ制御による
運転状態に保たれることになり、この結果、待機
時間tを適当に選ぶことにより、指令速度N*が
実際の速度に一致したときに始めて閉ループ制御
に入るようにでき、オーバーシユートを発生する
ことなく、目標圧力H0に制御を収斂させること
ができる。
ところで、以上の説明から明らかなように、上
記実施例では、ステツプにおける時間tをポン
プ駆動用モーターの起動時立ち上がり特性に合わ
せて適当な値に調整してやる必要がある。
そこで、この調整を不要にした本発明の一実施
例について以下に説明する。
この実施例は、上記実施例における制御処理動
作の一部が異なるだけであり、具体的にいえば、
第4図に破線で示す構成を付加し、インバータ
INVの出力、即ちモーター5の実際の回転速度
NをインターフエースF4と入出力ポートPIA−4
を介して取込むようにし、これに合わせて第6図
に示した処理のうちのステツプ〜を第8図に
示すステツプ(20)〜(24)からなる処理で置換
えたものである。
従つて、この実施例では、ステツプ(20)と
(21)でインバータINVに指令した初期速度NIN
をBレジスタに転送し、ついでステツプ(23)で
はAレジスタにポンプ4及びモーター5の実際の
回転速度Nをロードする。そして、ステツプ
(24)でこれらを比較し、両者が一致するまでス
テツプ(20)〜(24)の処理を繰返し実行させ、
時間を稼ぐようになつている。
従つて、この実施例によれば、ポンプが起動し
てからその運転速度が初期速度NINに一致した時
点で上記した閉ループ制御に移行させるようにで
き、予め待機時間tを想定し、設定しておく必要
がない上、起動時での立ち上がり特性が異なつた
ものとなつた場合でも再設定が不要でそのまま適
用可能であるという効果を有する。
〔発明の効果〕
本発明によれば、起動時でのポンプの運転速度
の立ち上がり特性に遅れが多い場合でも、ポンプ
の吐出し圧力にオーバーシユートを生じないよう
にできるため、従来技術の欠点を除き、安定した
状態で給水を行なうことができる上、ポンプ駆動
用モーターに対する電力供給能力が少くて済み、
システムのローコスト化に有効な給液システムの
ための制御装置を容易に提供することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は給液システムの一例を示す構成図、第
2図はポンプの運転特性の一例を示す特性曲線
図、第3図は従来の給液システムの動作特性の一
例を示す特性曲線図、第4図は本発明による給液
システム制御装置の一実施例を示すブロツク図、
第5図はこの実施例におけるポンプの運転特性を
示す特性曲線図、第6図は本発明の一実施例の動
作を示すフローチヤート、第7図は同じくその動
作特性を示す特性曲線図、第8図は本発明の他の
一実施例の動作を説明するためのフローチヤート
である。 1……受水槽、2……吸込管、3,7……仕切
弁、4……ポンプ、5……ポンプ駆動用のモータ
ー、6……逆止め弁、8……圧力センサ、9……
給水管、10……制御装置、R,S,T……電
源、MCB……配線用しや断器、MC……電磁接
触器、MCa……電磁接触器MCの接点、49……
サーマルリレー、INV……インバータ、μcon…
…マイクロコンピユータ、F1〜F4……インター
フエース、Y……操作回路、SS……スイツチ、
Z……安定化電源。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 インバータで駆動されるポンプを備え、該ポ
    ンプの吐出し圧力が目標値に収斂するように上記
    ポンプの回転速度を制御するようにした閉ループ
    制御方式の給液システム制御装置において、上記
    ポンプの始動開始を検出する始動検出手段と、上
    記インバータに対する速度指令値を所定値に固定
    した開ループ制御方式により上記ポンプの回転速
    度を制御する開ループ制御手段とを設け、上記ポ
    ンプが回転を開始した後、所定の時間が経過した
    こと、及び上記ポンプの回転速度が所定値に達し
    たことの、少なくとも一方の条件が満足するまで
    は、上記閉ループ制御方式による制御機能を停止
    させて上記開ループ制御手段による制御に切り換
    えるように構成したことを特徴とする給液システ
    ム制御装置。
JP29184A 1984-01-06 1984-01-06 給液システム制御装置 Granted JPS60145488A (ja)

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